Лавров Ю.А. «Действие периодически движущейся точечной нагрузки на круглую пластину и находящийся под ней цилиндрический водозаполненный объем» Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки, 15, № 2, с. 140-147 (2022)

Рассмотрена задача определения стационарного поля вынужденных совместных гравитационных движений несжимаемой жидкости в цилиндрическом водоеме и круглой упругой пластины, покрывающей его поверхность. Указанные движения вызываются точечной нагрузкой, совершающей периодические перемещения по внешней поверхности пластины, и представляют собой вынужденные гармонические колебания. Предложена процедура построения аналитического представления для вибрационного поля изгибных смещений пластины. Сформулированы условия возникновения нежелательных механических резонансов. Полученные результаты позволяют находить величины изгибающих моментов и сдвиговых сил при необходимости оценки прочности пластины, а полезны, например, при организации безопасного регулярного движения автомобильного транспорта по слою льда, покрывающего водоем.

Дружинин О.А. «О переносе микропузырьков поверхностными волнами» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 58, № 5, с. 591-600 (2022)

Проводится прямое численное моделирование (DNS) и исследуется динамика приповерхностного водного слоя, насыщенного воздушными пузырьками, в присутствии стационарной поверхностной волны. Полные, трехмерные уравнения движения водной среды (Навье–Стокса) решаются в Эйлеровой формулировке одновременно с Лагранжевыми уравнениями движения пузырьков с учетом их воздействия на несущую фазу. Диаметры пузырьков в DNS рассматриваются в интервале от 200 до 400 микрон, что позволяет пренебречь их деформацией. Результаты показывают, что наличие вихревых следов за всплывающими пузырьками приводит к усилению турбулентных пульсаций в водной среде. Среди сил, действующих на пузырьки со стороны окружающей водной среды, определяющими являются силы плавучести, вязкого трения и Лагранжевого ускорения, в то время как подъемная сила, определяемая завихренностью несущей фазы и относительной скоростью пузырька, остается пренебрежимо малой. Показано, что горизонтальный перенос пузырьков контролируется скоростью Стоксового дрейфа, в то время как вертикальный перенос определяется скоростью всплывания пузырьков в покоящейся водной среде. На основе результатов DNS предложены параметризации вертикального и горизонтального потоков концентрации воздушной фазы.

Левин В.А., Афонина Н.Е., Громов В.Г., Хмелевский А.Н. «Численное исследование течения в кольцевом сопле на основе турбулентной модели» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 503, № 1, с. 47-51 (2022)

Представлены результаты численного исследования особенностей течений газа в кольцевых соплах с внутренним дефлектором в турбулентном режиме течения, выполненные на основе осредненных по Фавру уравнений Навье–Стокса и приближения Буссинеска для описания процессов турбулентного переноса. В качестве рабочего газа рассмотрен воздух. В расчетах с использованием турбулентной модели стартовые возмущения, сопровождающие запуск сопла, затухают, и в полости внутреннего дефлектора кольцевого сопла устанавливается “стационарный” турбулентный режим с высокими значениями параметров турбулентного переноса, что существенно отличает его от ламинарного режима течения, характеризующегося наличием незатухающих пульсаций давления газа на тяговой стенке сопла.

Егоров И.В., Зыонг Н.Х., Нгуен Н.К., Пальчековская Н.В. «Численное моделирование влияния волны Маха на ламинарно-турбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 504, № 1, с. 36-40 (2022)

Рассматриваются результаты численного моделирования влияния падающей волны Маха на процесс ламинарно-турбулентного перехода в сверхзвуковом пограничном слое на плоской пластине, обтекаемой сверхзвуковым потоком совершенного газа при числе Маха М=2.5. Рассмотрено влияние амплитуды падающей волны Маха на ламинарно-турбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое. Показано, что влияние волны Маха с амплитудой 5% приводит к образованию турбулентного клина в пограничном слое на плоской пластине.

Киселев А.Б., Логинов Д.П. «Численное моделирование дробления сферических оболочек при внутреннем взрывном нагружении» Прикладная физика и математика, № 4, с. 30-37 (2022)

Рассматривается задача необратимого динамического деформирования, вплоть до фрагментации, сферических металлических оболочек под действием интенсивной кратковременной нагрузки, обусловленной взрывом заряда конденсированного ВВ, заполняющего оболочку. Заряд инициируются из центра конструкции. Материал оболочки моделируется билинейной упругопластической средой. В качестве критерия начала макроразрушения используется энтропийный критерий предельной удельной диссипации. Для расчета числа фрагментов и их распределения по массам используется модифицированное вероятностное распределение Вейбулла и предположение о том, что на разрушение расходуется половина накопленной в теле упругой энергии, а другая её половина идёт на кинетическую энергию «доразлета» осколков. Расчеты проводятся с использованием программного комплекса ABAQUS методом конечных элементов на лагранжевой и эйлеровой расчетных сетках, который дополнен оригинальными блоками для моделирования процесса необратимого динамического деформирования и фрагментации конструкции. Расчеты хорошо согласуются с данными экспериментов. Ключевые слова: динамическое нагружение, фрагментация, оболочка, численное моделирование, критерий макроразрушения, теория Вейбулла.

Сутырин В.И., Шинкаренко И.А. «Экспериментальное обоснование результатов численного анализа свободных колебаний металлической пластины в жидкости» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № S 1, с. 55-59 (2022)

Цель исследований заключалась формировании расчетно- экспериментального комплекса, предназначенного для разработки методик верификации и, при необходимости, калибровки конечно-элементных расчетных моделей конструкции по экспериментальным данным. Предполагаемое применение методик -расчетное проектирование судовых конструкций, а также решение прикладных задач, связанных с вибрацией объектов морской техники. Ключевые слова: гидроупругость, композит, вибрация, лопасть, демпфирование, присоединенная масса. Приведены экспериментальные данные модального анализа свободных колебаний на воздухе и в воде прямоугольной металлической пластины, изготовленной из титанового сплава в диапазоне частот от 1 Гц до 150 Гц. Результаты экспериментов использованы для обоснования точности расчета конечно-элементной модели пластины с применением программных комплексов ANSYS и FEMAP with NX NASTRAN. Сформирован расчетно-экспериментальный комплекс, позволяющий проводить анализ колебаний конструкций. В статье представлены результаты сопоставительного расчетного и экспериментального модального анализа металлической пластины, колеблющейся в воде. Проведенные исследования подтвердили принципиальную возможность моделирования присоединенной массы воды средствами программных комплексов САЕ (Computer-aided engineering)-класса. Однако отсутствие четких рекомендаций по выбору параметров конечно-элементных сеток объема воды в различных расчетных ситуациях увеличивает риски потери точности получаемого результата. Расчетные данные оказываются весьма чувствительными к изменению указанных параметров, в связи с чем расчет по методу конечных элементов вибрации конструкций в воде требует экспериментального обоснования. Исследования подтвердили возможность совместного использования указанных расчетных программ с аппаратными средствами при решении задач указанного типа. DOI 10.24937/2542-2324-2022-1-S-I-55-59

Прибатурин Н.А., Лобанов П.Д., Щепихин И.В., Меледин В.Г., Светоносов А.И. «Экспериментальное исследование колебаний стержня в продольном потоке жидкости» Теплофизика и аэромеханика, № 5, с. 703-710 (2021)

С помощью оригинального сенсора, построенного на основе электроимпендансного метода, проведено экспериментальное исследование колебаний консольно-закрепленного стержня–имитатора твэла в кольцевом канале при продольном восходящем течении жидкости. Приведены данные о траекториях перемещения оси стержня, изменении амплитуды и частоты колебаний стержня в зависимости от скорости осевого потока жидкости. Проведено сравнение данных по вибрации стержня, полученных с помощью электроимпедансного метода и скоростной видеосъемки.

Жилин А.А., Примаков А.В. «Численное исследование тепловых эффектов в акусто-конвективном потоке биканальной системы» Теплофизика и аэромеханика, № 1, с. 79-89 (2022)

Представлены результаты численного моделирования газодинамического течения в тракте технического устройства с резонирующей полостью. Подробно изучен один период газодинамического нагружения элементов конструкции резонирующей полости. Получена целостная картина распределения полей давления и температуры вдоль тракта резонирующей полости. Определены максимальные и минимальные значения давления и температуры, реализующиеся при движении потока газа по тракту резонатора.

Юй Ч. «Волновые движения жидкого топлива в тороидальных сосудах с учетом капиллярного эффекта» Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, № 78, с. 151-165 (20221)

Разработана методика решения задачи на определение собственных частот и форм колебаний капиллярной жидкости на основе метода конечных элементов. Дана количественная оценка влияния числа Бонда и объема заполнения сосуда жидкостью на поведение капиллярной жидкости в тороидальных сосудах. Из результатов следует, что в условиях микрогравитации сила поверхностного натяжения и граничное условие жидкости на линии трехфазного контакта играют важную роль при определении поведения жидкости.

Белоконь А.Ю., Михайличенко С.Ю. «Численное моделирование распространения и наката уединенных волн в мелководной зоне» Морской гидрофизический журнал, 37, № 6, с. 742-753 (2021)

Цель. Исследовать распространение солитонов в мелководном бассейне и оценить проявление нелинейных эффектов при накате волн на пологий берег; сопоставить оценки, полученные при помощи различных численных моделей, с имеющимися аналитическими зависимостями – цель настоящей работы. Методы и результаты. Представлены результаты численного моделирования, проведенного с помощью двух нелинейных моделей длинных волн – авторской модели и модели Simulating WAves till SHore (SWASH). Получены профили уединенной волны при ее распространении на участке бассейна постоянной глубины, сопряженного с наклонным дном. Процесс наката волн на берег моделировался при помощи алгоритма движения жидкости по сухому берегу. Показано, что при распространении солитона на участке постоянной глубины эффекты нелинейности проявляются в деформации профиля волны, а именно: с ростом начальной амплитуды волны и увеличением расстояния, пройденного волной, увеличивается крутизна переднего склона волны. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию заплеска при накате волн на берег. Оценки высот наката, полученные в рамках разных численных моделей, хорошо согласуются. Выводы. Рассчитанные величины максимального наката волн на берег для недеформированных волн, длина которых равна длине пройденного пути, близки к оценкам, полученным аналитически. Для волн с деформированным профилем, крутизна переднего склона которых нарастает при распространении на большие расстояния, высоты заплеска увеличиваются с ростом начальной амплитуды волны, в этом случае аналитические оценки желательно заменять численными. Высота наката деформированных волн может превысить начальную амплитуду волны в четыре раза и более. Полученные в работе результаты могут оказаться полезными при проектировании берегозащитных сооружений с учетом проблем, связанных с сохранением экологии и экономики побережья.

Радин Д.В., Макарьянц Г.М., Быстров Н.Д., Тарасов Д.С., Фокин Н.И., Ивановский А.А., Матвеев С.С., Гураков Н.И. «Разработка математической модели акустического зонда волноводного типа для измерений пульсаций давления в камере сгорания газотурбинного двигателя» Вестник Московского авиационного института, 29, № 2, с. 135-143 (2022)

Разработана математическая модель акустического зонда волноводного типа с корректирующим элементом в виде согласующего трубопровода. Данная модель в отличие от существующих позволяет рассчитывать частотные характеристики зонда при произвольном распределении температуры по его длине. Благодаря этому модель позволяет рассчитывать частотные характеристики зонда, работающего в составе камеры сгорания газотурбинного двигателя. Волновод и согласующий трубопровод были представлены в виде участков одинаковой длины, в пределах каждого из которых температура принималась постоянной. Результаты, полученные с помощью разработанной математической модели, сравнивались с экспериментальными данными, полученными при повышенном давлении. Сравнение расчётных и экспериментальных данных показало их хорошую сходимость.

Маликов З.М., Назаров Ф.Х. «Сравнительный анализ моделей турбулентности на основе исследования затопленной осесимметричной турбулентной струи» Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки, № 2, с. 22-35 (2022)

Приведен сравнительный анализ RANS-моделей турбулентности (модели Ментера, Спаларта–Аллмараса, Секундова) и недавно предложенной двужидкостной модели с использованием численного моделирования осесимметричной затопленной струи. Сравнение моделей выполнено сопоставлением полученных численных результатов с экспериментальными данными и с использованием результатов анализа их численной реализации. Для всех моделей применен одинаковый численный алгоритм. Для облегчения исследования свободной струи рассмотрены "параболизованные" гидродинамические уравнения, для численной реализации которых использован "маршевый" метод интегрирования. Применена абсолютно устойчивая неявная конечно-разностная схема. Показано, что разработанная двужидкостная модель имеет преимущества по сравнению с другими моделями как по точности, так и по простоте численной реализации

Molchanov A.M., Yanyshev D.S., Bykov L.V. «Numerical Investigation of a Supersonic Flow in the Near Wake Region of a Cylindrical Afterbody» Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки, № 3, с. 86-95 (2022)

A computational study of a supersonic flow in the base region and the nearest wake of a cylindrical body moving at a supersonic speed have been carried out. A mathematical model of high-enthalpy flows is presented. In this case, the "prehistory" of the flow was taken into account, i.e., the configuration of the computational domain was as close as possible to the real one. The use of various turbulence models for calculating flow in the base region and the nearest wake was analyzed. The following turbulence models were considered: 1) the Spalart–Allmaras model; 2) SST model; 3) standard κ–ε model; 4) κ–ε model with compressibility correction; 5) κ–ε RNG (renormalized group) model; 6) κ–ε Realizable model; 7) standard Reynolds Stress (RS) model; 8) RS BSL (Reynolds stress baseline) model. Based on a comparison of the calculation results with experimental data, it is shown that: 1) when calculating the flow in the base region and in the wake of the vehicle, it is very important to take into account the "prehistory" of the flow, i.e., to calculate the flow around the entire vehicle; 2) the best match was obtained using Reynolds Stress models and the κ–ε RNG model

Модин И.А., Кочетков А.В., Глазова Е.Г. «Численное исследование взаимодействия ударной волны с проницаемым деформируемым гранулированным слоем» Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки, 26, № 1, с. 79-92 (2022)

Получены решения задач воздействия плоских ударных волн на деформируемый гранулированный слой. Исследуется трансформация волн при прохождении через упругопластический гранулированный слой с учетом и без учета изменения проницаемости слоя вследствие его деформации. При решении задач используется зависимость изменения проницаемости слоя от его сжатия, которая получена численно при моделировании сжатия симметричных фрагментов гранулированных слоев в пространственной постановке. Представлена математическая модель, описывающая в одномерном приближении взаимосвязанные процессы нестационарного деформирования плоских проницаемых гранулированных слоев, состоящих из шаровых частиц, и волновых процессов в поровом и окружающем газе. В основе модели лежат нелинейные уравнения динамики двух взаимопроникающих континуумов. В качестве межфазных сил учитываются силы сопротивления при обтекании газом шаровых частиц и силы трения Стокса. Численное решение уравнений проводится по модифицированной схеме С.К. Годунова, адаптированной к задачам динамики взаимопроникающих сред. Поверхности контакта чистого газа с пористым гранулированным слоем и поровым газом являются поверхностью разрыва пористости и проницаемости, на которых выполняются законы сохранения как на скачке пористости. Численная реализация контактных условий производится на основе решения задачи распада разрыва на скачке пористости. Численные исследования процессов нелинейного взаимодействия ударных волн с деформируемыми проницаемыми гранулированными слоями показали, что параметры проходящих и отраженных волн существенно зависят от степени обжатия гранулированных слоев. Поэтому оценку защитных свойств проницаемых преград при воздействии сильных ударных волн следует проводить с учетом изменения их проницаемости вследствие деформирования слоев.